高飛 連強(qiáng)強(qiáng) 尹川

摘 要：飛行試驗(yàn)是在各種極端環(huán)境下對(duì)飛行器各種戰(zhàn)術(shù)性能進(jìn)行驗(yàn)證的特殊領(lǐng)域，具有極高的試飛風(fēng)險(xiǎn)和不可預(yù)知的突發(fā)情況，而機(jī)載遙測(cè)系統(tǒng)對(duì)于保障飛行安全和降低試飛風(fēng)險(xiǎn)具有特殊的重要作用。為確?？盏刂g良好的接收效果，需要合理設(shè)計(jì)機(jī)載遙測(cè)方案并優(yōu)化技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：飛行試驗(yàn)；機(jī)載；遙測(cè)系統(tǒng)

1 綜述

飛行試驗(yàn)是在真實(shí)的飛行環(huán)境下進(jìn)行的各種試驗(yàn)，具有很高的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)性及不可預(yù)測(cè)性。其中遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用于飛機(jī)的飛行試驗(yàn)，在國內(nèi)外的飛行試驗(yàn)領(lǐng)域里，普遍得到行業(yè)的認(rèn)可。遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)無論是對(duì)試驗(yàn)飛機(jī)進(jìn)行空中實(shí)時(shí)監(jiān)控，還是講試驗(yàn)機(jī)在空中的各種飛行數(shù)據(jù)傳輸至地面，其技術(shù)手段都具有先進(jìn)的科學(xué)性和良好的實(shí)時(shí)性。遙測(cè)信號(hào)從空中傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控站，通過對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析可及時(shí)做出決策，最大化地確保人機(jī)安全和試飛效率。其重要性可體現(xiàn)在以下具體幾方面：（1）提供實(shí)時(shí)監(jiān)控：科研人員可以觀察分析一些關(guān)鍵飛行參數(shù)，以便掌控可預(yù)知的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)并將信息迅速反饋至試飛員，提前化解安全隱患。除此之外，通過判斷實(shí)時(shí)監(jiān)控的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析飛行動(dòng)作是否到位并可及時(shí)補(bǔ)充動(dòng)作。（2）數(shù)據(jù)記錄的余度保證：通過遙測(cè)技術(shù)，可以將飛行過程中所傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)全部記錄保存下來，提高數(shù)據(jù)的余度備份。（3）提高試飛效率：通過遙測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以很好地掌控飛機(jī)及測(cè)試設(shè)備的總體狀態(tài)，并做出是否可以繼續(xù)進(jìn)行第二架次、第三架次的試飛。

由此可見，設(shè)計(jì)并合理規(guī)劃出一套性能優(yōu)異的機(jī)載遙測(cè)技術(shù)方案，無論對(duì)于飛行安全還是試飛效率都顯得至關(guān)重要。但是設(shè)計(jì)出上述性能良好的遙測(cè)系統(tǒng)，不僅涉及到遙測(cè)系統(tǒng)的原理涉及，還需要兼顧考慮不同飛機(jī)的結(jié)構(gòu)差異性而帶來的特殊影響因素。

2 系統(tǒng)功能及實(shí)施規(guī)范

完整的遙測(cè)系統(tǒng)包括機(jī)載遙測(cè)子系統(tǒng)和地面遙測(cè)接收子系統(tǒng)兩大部分組成。

針對(duì)機(jī)載遙測(cè)子系統(tǒng)而言，主要由遙測(cè)發(fā)射機(jī)、功率分配器、功率放大器以及機(jī)載發(fā)射天線四部分組成。

2.1 系統(tǒng)功能

2.1.1遙測(cè)發(fā)射機(jī)

其主要功能是將數(shù)據(jù)信號(hào)疊加至高頻載波中，然后產(chǎn)生較大功率的高頻信號(hào)輸出，然后通過天線轉(zhuǎn)換成電磁波輻射到空間。

2.1.2 功率放大器

通常經(jīng)發(fā)射機(jī)輸出的高頻信號(hào)，其發(fā)射功率以及天線輻射后到空間范圍都較小。為滿足大范圍、長距離、廣空域的試飛要求，需要將發(fā)射機(jī)的輸出功率進(jìn)行逐級(jí)放大數(shù)十倍，以滿足后級(jí)設(shè)備得到足夠大的射頻功率并產(chǎn)生較大電磁輻射空間。

2.1.3 遙測(cè)發(fā)射天線

遙測(cè)發(fā)射天線實(shí)際是一種換能器，它將發(fā)射機(jī)/功放器輸出的高頻電流形式的能量轉(zhuǎn)換為同頻率的電磁波，然后再輻射到空間。通常所使用的機(jī)載發(fā)射天線一般分為垂直極化和水平極化兩種。（1）垂直極化是指電場(chǎng)矢量所指方向與遙測(cè)天線的安裝地板垂直；

（2）水平極化則是指電場(chǎng)方向與遙測(cè)發(fā)射天線的安裝底板平行。

2.1.4 功分器

主要功能是將源自發(fā)射機(jī)的輸入功率按不同功率和相位進(jìn)行分路輸出，一般可分為同向功率分配器和反向功率分配器兩種。（1）等功率反向輸出的功率分配器，其兩路輸出的相位分別為0°和180°。（2）不等功率同向輸出的功率分配器，其兩路輸出功率大小有差別。

2.2 安裝要求及技術(shù)規(guī)范

在上述設(shè)備中，只有機(jī)載遙測(cè)天線對(duì)安裝位置要求較高并有特殊要求規(guī)范。其具體如下。

2.2.1 安裝位置

由于遙測(cè)信號(hào)是依靠機(jī)體的金屬材質(zhì)反射面而發(fā)射出去，因此天線安裝的底板首先應(yīng)是金屬材質(zhì)且表面平坦，周圍無明顯突出物和其它天線遮擋。

2.2.2 天線選型及布局

由于飛機(jī)的速度快且機(jī)動(dòng)性高，為保證地面監(jiān)控站能夠在任意方向良好地接收飛機(jī)遙測(cè)信號(hào)，因此通常選用全方向性的線極化遙測(cè)發(fā)射天線。

除此之外，有些飛機(jī)（例如：殲擊機(jī)）通常會(huì)做出一些突發(fā)戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作以規(guī)避敵機(jī)雷達(dá)的鎖定跟蹤。為確保地面站能夠360°無盲區(qū)的穩(wěn)定持續(xù)接收機(jī)體遙測(cè)下傳數(shù)據(jù)，所以機(jī)載遙測(cè)天線的輻射應(yīng)能覆蓋機(jī)體的各個(gè)位置方向?？傮w而言，無論飛機(jī)如何機(jī)動(dòng)，其往地面的遙測(cè)輻射方向圖應(yīng)呈半圓形結(jié)構(gòu)。

3 技術(shù)實(shí)施方案

飛機(jī)在空中飛行范圍廣且其機(jī)動(dòng)性很高，因此機(jī)載遙測(cè)系統(tǒng)必須確保天線輻射方向能夠覆蓋機(jī)體的各個(gè)方向，以保證地面站能夠在任意時(shí)刻及方向上接收遙測(cè)數(shù)據(jù)?？傮w而言，其技術(shù)方案及天線性能應(yīng)滿足以下基本要求和安裝規(guī)范：（1）全方向天線：這是因?yàn)楫?dāng)飛機(jī)有較大的機(jī)動(dòng)時(shí)，采用全方向性發(fā)射天線能保證地面良好的接收效果。（2）線極化形式：當(dāng)飛行姿態(tài)變化時(shí)會(huì)造成天線極化的改變。為減少空地之間遙測(cè)天線的極化失配損失和良好的信號(hào)接收質(zhì)量，通常機(jī)載發(fā)射天線采用線極化形式，而地面接收天線采用園極化形式。至于發(fā)射天線采用垂直極化還是水平極化，則需要按照飛機(jī)本身的特殊情況而定。（3）天線布局：天線輻射方向總體應(yīng)呈半圓形，這樣能保證地面站在任何方向和高度穩(wěn)定接收機(jī)載遙測(cè)信號(hào)。（4）安裝位置：反射面平坦且周圍無遮擋。遙測(cè)信號(hào)是通過機(jī)體的金屬材質(zhì)反射面而發(fā)射出去，這就要求反射面要盡可能的平坦，且周圍無突出物和其它天線的遮擋。

由于飛機(jī)平臺(tái)之間存在著較大差異且戰(zhàn)術(shù)性嫩也不盡相同（例如戰(zhàn)斗機(jī)和運(yùn)輸機(jī)等），其遙測(cè)設(shè)計(jì)方案和布局也存在很大差異。文章將以基準(zhǔn)典型的飛機(jī)平臺(tái)為例，對(duì)其具體遙測(cè)技術(shù)實(shí)施方案進(jìn)行說明介紹。

3.1 戰(zhàn)斗機(jī)布局示意圖

該型機(jī)種經(jīng)常會(huì)有橫滾、俯沖等戰(zhàn)術(shù)規(guī)避動(dòng)作，具有機(jī)動(dòng)性高、速度快等特點(diǎn)。為確保地面接收遙測(cè)信號(hào)的連續(xù)性，必須考慮在機(jī)背加裝遙測(cè)發(fā)射天線，必須構(gòu)成兩個(gè)半圓形輻射結(jié)構(gòu)。

天線安裝位置：1個(gè)垂直極化天線安裝在機(jī)頭下方，而另外兩個(gè)垂直極化天線安裝在垂尾頂部兩側(cè)位置。

3.2 直升機(jī)天線布局示意圖

相比較戰(zhàn)斗機(jī)而言，直升機(jī)在飛行高度、速度及機(jī)動(dòng)性能等方面都偏低，對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)控要求也不太高。在安裝遙測(cè)天線時(shí)，需要在機(jī)體軸中心左右形成2個(gè)半圓形輻射結(jié)構(gòu)即可。通常在該直升機(jī)短翼兩端安裝2個(gè)垂直極化發(fā)射天線，構(gòu)成一個(gè)完整的輻射圖。

3.3 運(yùn)輸機(jī)天線布局示意圖

相比較戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)等其它小飛機(jī)，運(yùn)輸機(jī)存在自身體積和重量較大、機(jī)動(dòng)性差等特點(diǎn)。對(duì)于該型機(jī)的遙測(cè)方案和天線布局，其要求較低且安裝布局容易。通常采用1個(gè)垂直極化天線安裝在機(jī)頭下方或機(jī)身前部下方即可，形成一個(gè)半圓形輻射方向。

4 結(jié)束語

由于機(jī)載遙測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)將數(shù)據(jù)從空中傳輸至地面監(jiān)控站，能夠大幅度降低整個(gè)試驗(yàn)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，并可提供正確的決策依據(jù)。所以在風(fēng)險(xiǎn)試飛過程中，遙測(cè)技術(shù)起著至關(guān)重要的保障作用。

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